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第1章 计算机和编程概述1

1.1 背景1

1.2 计算机体系结构的发展历史2

1.2.1 Babbage差分机2

1.2.2 Colossus3

1.2.3 von Neumann结构4

1.3 今天的计算机系统4

1.3.1 计算机硬件5

1.3.2 计算机存储器6

1.3.3 计算机配置7

1.3.4 计算机软件8

1.3.5 计算机程序的执行12

1.4 MATLAB程序的执行13

1.5 问题求解13

1.6 本章小结14

1.7 自测题14

第2章 MATLAB入门17

2.1 程序设计语言背景19

2.1.1 抽象19

2.1.2 算法19

2.1.3 程序设计范式20

2.2 基本数据操作20

2.2.1 启动与关闭MATLAB21

2.2.2 变量赋值21

2.2.3 数据类型23

2.2.4 类与对象24

2.3 MATLAB用户界面24

2.3.1 Command窗口25

2.3.2 Command History窗口26

2.3.3 Workspace窗口27

2.3.4 Current Directory窗口31

2.3.5 Document窗口31

2.3.6 Graphics窗口32

2.3.7 Editor窗口33

2.3.8 Start按钮33

2.4 脚本34

2.4.1 文本文件34

2.4.2 创建脚本34

2.4.3 当前目录35

2.4.4 运行脚本35

2.4.5 脚本中的标点36

2.4.6 脚本调试36

2.5 工程实例——航天器发射37

2.6 本章小结39

2.7 特殊字符、保留字和函数40

2.8 自测题40

第3章 数组43

3.1 概念：使用内置函数44

3.2 概念：数据集合44

3.2.1 数据抽象44

3.2.2 同类集合44

3.3 MATLAB向量44

3.3.1 创建向量45

3.3.2 向量尺寸46

3.3.3 向量索引46

3.3.4 缩短向量47

3.3.5 向量操作48

3.4 工程实例——力与力矩55

3.5 MATLAB数组57

3.5.1 数组的性质57

3.5.2 创建数组58

3.5.3 获取数组中的元素59

3.5.4 从数组中移除元素60

3.5.5 数组操作60

3.6 工程实例——计算土壤体积68

3.7 本章小结70

3.8 特殊字符、保留字和函数71

3.9 自测题72

第4章 流程控制79

4.1 概念：代码块80

4.2 常用的条件执行模块80

4.3 if语句81

4.3.1 通用模板82

4.3.2 在MATLAB中的实现82

4.3.3 重要思想84

4.4 switch语句85

4.4.1 通用模板85

4.4.2 在MATLAB中的实现86

4.5 循环概述87

4.6 for循环87

4.6.1 for循环的通用模板88

4.6.2 在MATLAB中的实现88

4.6.3 索引的实现89

4.6.4 跳出for循环90

4.7 while循环90

4.7.1 while循环的通用模板91

4.7.2 while循环在MATLAB中的实现91

4.7.3 Loop-and-a-Half在MATLAB中的实现92

4.7.4 跳出while循环93

4.8 工程实例——液面的计算93

4.9 本章小结96

4.10 特殊字符、保留字和函数96

4.11 自测题97

第5章 函数105

5.1 概念：抽象与封装105

5.2 函数的黑箱观点106

5.3 在MATLAB中的实现106

5.3.1 通用模板106

5.3.2 函数定义107

5.3.3 保存并使用MATLAB函数108

5.3.4 调用函数108

5.3.5 返回多个结果109

5.3.6 辅助（局部）函数110

5.3.7 MATLAB函数中的封装110

5.3.8 全局变量111

5.4 工程实例——测量固态物体112

5.5 本章小结113

5.6 特殊字符、保留字和函数114

5.7 自测题114

第6章 字符串121

6.1 字符串的概念：映射和转换122

6.2 在MATLAB中的实现123

6.2.1 串的切片和连接124

6.2.2 算术运算和逻辑运算124

6.2.3 一些有用的函数125

6.3 格式转换函数125

6.3.1 把数字转换成字符串125

6.3.2 把字符串转换成数值126

6.4 字符串操作128

6.4.1 简单的数据输出：disp（）函数128

6.4.2 复杂输出128

6.4.3 串比较129

6.5 串数组130

6.6 工程实例——加密131

6.7 本章小结135

6.8 特殊字符、保留字和函数135

6.9 自测题136

第7章 元胞数组和结构141

7.1 概念：异类集合142

7.2 元胞数组142

7.2.1 创建元胞数组142

7.2.2 访问元胞数组143

7.2.3 使用元胞数组145

7.2.4 元胞数组的操作145

7.3 MATLAB中的结构146

7.3.1 单个结构的创建和存取146

7.3.2 构造函数148

7.4 结构数组150

7.4.1 创建结构数组150

7.4.2 访问结构元素151

7.4.3 结构的操作154

7.5 工程实例——梁结构的装配156

7.6 本章小结160

7.7 特殊字符、保留字和函数160

7.8 自测题161

第8章 文件输入输出169

8.1 概念：串行输入输出（I/O）170

8.2 MATLAB工作空间I/O171

8.3 高级I/O函数171

8.3.1 考察数据171

8.3.2 Excel电子数据表172

8.3.3 含分隔符的文本文件——仅含数值数据174

8.4 低级文件I/O175

8.4.1 打开与关闭文件175

8.4.2 读取文本文件176

8.4.3 读取文本文件的例子176

8.4.4 写文本文件178

8.5 工程实例——电子表格数据179

8.6 本章小结181

8.7 特殊字符、保留字和函数181

8.8 自测题182

第9章 递归185

9.1 概念：激活栈186

9.1.1 堆栈186

9.1.2 激活栈187

9.1.3 函数实例187

9.2 递归定义187

9.3 在MATLAB中实现递归函数188

9.4 异常190

9.4.1 过去的处理方法190

9.4.2 异常的一般实现190

9.4.3 在MATLAB中的实现191

9.5 包装函数193

9.6 尾递归195

9.7 互递归197

9.8 生成递归197

9.9 递归示例198

9.9.1 回文检测198

9.9.2 斐波那契级数198

9.9.3 函数的零点200

9.10 工程实例——机械手运动202

9.11 本章小结206

9.12 特殊字符、保留字和函数206

9.13 自测题206

第10章 解题原则211

10.1 简单问题的求解212

10.2 解题步骤的结合212

10.3 操作概述212

10.3.1 基本算术操作213

10.3.2 把元素插入数据集合213

10.3.3 遍历数据集合215

10.3.4 创建数据集合218

10.3.5 数据集合的映射221

10.3.6 过滤数据集合222

10.3.7 汇总数据集合224

10.3.8 搜索数据集合225

10.3.9 数据集合排序227

10.4 大型问题的求解227

10.5 工程实例——地理政治学数据处理229

10.6 本章小结233

10.7 自测题234

第11章 绘图237

11.1 基本绘图238

11.1.1 图——绘图容器238

11.1.2 增强绘图效果的简单函数238

11.1.3 一个图形中的多幅图——子图239

11.1.4 手动编辑图形240

11.2 二维绘图242

11.2.1 简单绘图242

11.2.2 绘图选项243

11.2.3 参数化绘图246

11.2.4 其他二维绘图功能247

11.3 三维绘图248

11.3.1 线性三维图248

11.3.2 线性参数化三维曲线图249

11.3.3 其他三维绘图功能251

11.4 曲面绘图251

11.4.1 基本功能251

11.4.2 简单练习251

11.4.3 参数化三维曲面256

11.4.4 旋转体260

11.4.5 其他三维曲面绘图功能264

11.4.6 复合曲面的组合264

11.5 工程实例——地理数据可视化266

11.5.1 分析数据267

11.5.2 显示数据268

11.6 本章小结270

11.7 特殊字符、保留字和函数——二维270

11.8 特殊字符、保留字和函数——三维271

11.9 自测题272

第12章 矩阵277

12.1 概念：行为抽象278

12.2 矩阵操作278

12.2.1 矩阵乘法278

12.2.2 矩阵除法280

12.2.3 矩阵指数运算280

12.3 在MATLAB中的实现281

12.3.1 矩阵乘法281

12.3.2 矩阵除法282

12.4 坐标旋转283

12.4.1 二维旋转284

12.4.2 三维旋转287

12.5 求解联立线性方程组290

12.5.1 相交线290

12.5.2 曲线拟合292

12.6 工程实例294

12.6.1 陶瓷合成294

12.6.2 电路分析295

12.7 本章小结297

12.8 特殊字符、保留字和函数297

12.9 自测题297

第13章 图像301

13.1 图像的性质302

13.2 图像类型302

13.2.1 真彩图像303

13.2.2 灰度图像303

13.2.3 索引图像303

13.2.4 首选图像格式304

13.3 读取、显示与写入图像304

13.4 图像操作305

13.4.1 缩放图像305

13.4.2 色彩遮蔽307

13.4.3 拼图制作311

13.4.4 生成万花筒图像315

13.4.5 曲面上的图像317

13.5 工程实例——边缘检测320

13.6 本章小结323

13.7 特殊字符、保留字和函数323

13.8 自测题323

第14章 声音的处理327

14.1 声音的物理性质327

14.2 录音和回放328

14.3 在MATLAB中的实现329

14.4 时域操作330

14.4.1 声音的剪辑和连接330

14.4.2 音乐背景知识333

14.4.3 改变声音频率的粗糙方法334

14.4.4 改变声音频率的精细方法335

14.5 快速傅立叶变换338

14.5.1 背景知识338

14.5.2 在MATLAB中的实现339

14.5.3 简单频谱分析340

14.6 频域操作342

14.6.1 分析乐器的声音342

14.6.2 将声音插入频谱345

14.6.3 频谱操作347

14.7 工程实例——石油钻塔结构的整体性349

14.8 本章小结351

14.9 特殊字符、保留字和函数351

14.10 自测题352

第15章 数值方法355

15.1 插值356

15.1.1 线性插值356

15.1.2 三次样条插值358

15.1.3 外推360

15.2 曲线拟合360

15.2.1 线性回归361

15.2.2 多项式回归362

15.2.3 实际应用364

15.3 数值积分366

15.3.1 求解完全积分366

15.3.2 连续积分问题367

15.4 数值微分369

15.4.1 差分表达式370

15.4.2 在MATLAB中的实现371

15.5 工程实例——分析火箭数据372

15.6 本章小结377

15.7 特殊字符、保留字和函数377

15.8 自测题377

第16章 排序385

16.1 算法代价度量386

16.1.1 Big O算法的具体例子386

16.1.2 复杂算法分析388

16.2 数据排序算法388

16.2.1 插入排序389

16.2.2 冒泡排序390

16.2.3 快速排序392

16.2.4 原地置换快速排序394

16.2.5 归并排序395

16.2.6 桶排序396

16.3 性能分析397

16.4 排序算法应用398

16.4.1 使用MATLAB内部排序算法399

16.4.2 插入排序401

16.4.3 冒泡排序401

16.4.4 快速排序401

16.4.5 归并排序401

16.4.6 桶排序401

16.5 工程实例——选择国家或地区401

16.6 本章小结404

16.7 特殊字符、保留字和函数404

16.8 自测题404

附录A MATLAB特殊字符、保留字和函数407

附录B ASCII字符集419

附录C 数的内部表示421